Микроструктура заэвтектического силумина при высокоскоростном затвердевании

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования микроструктуры сплавов Al–20.1Si–0.2Fe и Al–21.3Si–0.8Mg–0.5Fe–0.3Mn–0.6Ni–1.4Cu (значения концентрации у элементов даны в мас.%), полученных методом сверхбыстрой закалки из расплава. Показано, что фольга имеет двухслойную микроструктуру, которая формируется в результате изменения условий затвердевания. Обнаружена ликвация кремния по толщине фольги, приводящая к пониженной концентрации кремния в слое фольги, прилегающем к кристаллизатору, и его выделению на границе слоев. Предложен механизм формирования слоистой микроструктуры на основе локально-неравновесной теории кристаллизации. Проведен расчет неравновесного коэффициента распределения при высокоскоростном затвердевании с учетом зависимости объемной и поверхностной скорости диффузии кремния в расплаве Al–Si от концентрации Si. Показано удовлетворительное соотношение результатов расчета и экспериментальных данных. Дано объяснение куполообразной формы границы слоев с различной микроструктурой, основанное на анализе морфологии поверхности фольги, прилегающей к кристаллизатору.

Об авторах

В. Г. Шепелевич

Белорусский государственный университет; УО “Международный государственный экологический институт имени А.Д. Сахарова” Белорусского государственного университета

Email: ol.gusakova@gmail.com
пр-т Независимости, 4, Минск, 220030 Беларусь; ул. Долгобродская, 23, Минск, 220070 Беларусь

О. В. Гусакова

УО “Международный государственный экологический институт имени А.Д. Сахарова” Белорусского государственного университета

Email: ol.gusakova@gmail.com
ул. Долгобродская, 23, Минск, 220070 Беларусь

С. В. Гусакова

Белорусский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ol.gusakova@gmail.com
пр-т Независимости, 4, Минск, 220030 Беларусь

Список литературы

  1. Haizhi Y. An Overview of the Development of Al-Si-Alloy Based Material for Engine Applications // J. Mater. Eng. Perf. 2003. V. 12. No. 3. P. 288–297.
  2. Попова М.В., Прудников А.Н., Долгова С.В., Малюх М.А. Перспективные алюминиевые сплавы для авиационной и космической техники // Вестник Сибирского государственного индустриального ун-та. 2017. № 3(21). C. 18–23.
  3. Стеценко В.Ю., Радько С.Л., Харьков С.A., Ли Д.Х., Чой К.-Й. Повышение эффективности охлаждения отливок из силуминов при литье закалочным затвердеванием // Литье и металлургия. 2006. № 2–1. C. 127–128.
  4. Xu Y., Deng Y., Casari D., Mathiesen R.H., Liu X., Li Y. Growth kinetics of primary Si particles in hypereutectic Al-Si alloys under the influence of P inoculation // Exp. Model. J. Alloys Compounds. 2021. V. 854. P. 155323–155333.
  5. Liang S.S., Wen S.P., Xu J., Wu X.L., Gao K.Y., Huang H., Nie Z.R. The influence of Sc–Si clusters on aging hardening behavior of dilute Al–Sc–(Zr)–(Si) alloy // J. Alloys Compounds. 2020. V. 842. P. 155826.
  6. Барковa Р.Ю., Просвиряковa А.С., Хомутовa М.Г., Поздняковa А.В. Влияние содержания Zr и Er на структуру и свойства сплава Al–5Si–1.3Cu–0.5Mg // ФММ. 2021. Т. 122. № 6. С. 658–664.
  7. Петрова А.Н., Кленов А.И., Бродова И.Г., Распосиенко Д.Ю., Пильщиков А.А., Орлова Н.Ю. Влияние технологических факторов на структуру и свойства Al–Cu–Mg–Si-сплава, полученного селективным лазерным сплавлением // ФММ. 2023. Т. 124. № 10. С. 961–970.
  8. Бродоваa И.Г., Чикова О.А., Петрова А.Н., Меркушев А.Г. Cтруктурообразование и свойства эвтектического силумина, полученного селективным лазерным сплавлением // ФММ. 2019. Т. 120. № 11. С. 1204–1209.
  9. Matsuura K., Kudoh M., Kinoshita H., Takahashi H. Precipitation of Si particles in a super-rapidly solidified Al–Si hypereutectic alloy // Mater. Chem. Phys. 2003. V. 81. No. 2–3. P. 393–395.
  10. Cai Z., Zhang C., Wang R., Peng C., Wang K.Q.N. Effect of solidification rate on the coarsening behavior of precipitate in rapidly solidified Al–Si alloy // Progress in Natural Science: Materials International. 2016. V. 26. No. 4. P. 391–397.
  11. Kimura T., Nakamoto T., Mizuno M., Araki H. Effect of silicon content on densification, mechanical and thermal properties of Al-xSi binary alloys fabricated using selective laser melting // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 682. P. 593–602.
  12. Shimanski V.I., Evdokimovs A.I., Cherenda N.N., Astashinski V.M., Petrikova E.A. Structure and phase composition of hypereutectic silumin allou Al–20Si after compression plasma flows impact // J. Belarusian State University Phys. 2021. V. 2. P. 25–33.
  13. Xu C.L., Wang H.Y., Qiu F., Yang Y.F., Jiang Q.C. Cooling rate and microstructure of rapidly solidified Al–20 wt.% Si alloy // Mater. Sci. Eng. 2006. V. A417. P. 275–280.
  14. Uzun O., Karaaslan T., Gogebakan M., Keskin M. Hardness and microstructural characteristics of rapidly solidified Al–8–16 wt.%Si alloys // J. Alloys Compounds. 2004. V. 376. P. 149–157.
  15. Li Y., Jiang T., Wei B., Xu B., Xu G., Wang Z. Microcharacterization and mechanical performance of an Al–50Si alloy prepared using the sub-rapid solidification technique // Mater. Letters. 2020. V. 263. P. 127287.
  16. Шепелевич В.Г., Гусакова О.В., Александров В.И., Стародумов И.О. Фазовый состав заэвтектического силумина при высокоскоростном затвердевании // Журнал Белорусского государственного ун-та. Физика. 2019. № 2. С. 96–104.
  17. Gusakova O., Shepelevich V., Alexandrov D.V., and Starodumov I.O. Formation of the microstructure of rapidly solidified hypoeutectic Al–Si alloy // Eur. Phys. J. Special Topics. 2020. V. 229. P. 417–425.
  18. Gusakova O. Chemically partitionless crystallization in near-eutectic rapidly solidified Al–12.6Si–0.8Mg–0.4Mn–0.7Fe–0.9Ni–1.8Cu alloy // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2023. V. 232(8). P. 1281–1291.
  19. Гусакова О.В., Гусакова С.В., Шепелевич В.Г. Влияние скорости охлаждения расплава на микроструктуру сплава Al–Si легированного Mg, Mn, Fe, Ni и Сu // ФММ. 2022. Т. 123. № 5. С. 533–540.
  20. Калиниченко A.С., Кривошеев Ю.К. Определение глубины переохлаждения расплава и характера структурообразования при закалке из жидкого состояния // Литье и металлургия. 2001. Т. 3. С. 60–65.
  21. Соболев С.Л. Процессы переноса и бегущие волны в локально-неравновесных системах // Успехи физ. наук. 1991. Т. 161. № 3. С. 5–29.
  22. Sobolev S.L. Effects of Solute Diffusion on Rapid Solidification of Alloys // Phys. Stat. Sol. (a). 1996. V. 156. P. 293–303.
  23. Sobolev S.L. Diffusion-stress coupling in liquid phase during rapid solidification of binary mixtures // Phys. Letters A. 2014. V. 378 (5–6). P. 475–479.
  24. Галенко П.К. Модель высокоскоростного затвердевания как проблема неравновесных фазовых переходов // Вестник Удмуртского ун-та Физика. 2005. Т. 4. С. 61–94.
  25. Галенко П.К., Херлах Д.М. Бездиффузионный рост кристаллической структуры при высокоскоростном затвердевании эвтектической бинарной системы // Вестник Удмуртского ун-та Физика. 2006. Т. 4. С. 77–92.
  26. Марширов В.В., Марширова Л.Е. Численное моделирование затвердевания сплавов при интенсивном сопряженном теплообмене // Сибирский журнал индустриальной математики. 2013. Т. XVI. № 4. С. 56–63.
  27. Wei P.S., Yeh F.B. Graduate Heat Transfer Coefficient in Rapid Solidification of a Liquid Layer on a Substrate // J. Heat Transfer. 2000. V. 122. P. 793–900.
  28. Qin J., Li X., Wang J., Pan S. The self-diffusion coefficients of liquid binary M–Si (M=Al, Fe, Mg and Au) alloy systems by first principles molecular dynamics simulation // AIP Advances. 2019. V. 9. P. 035328.
  29. Белов Н.А., Савченко С.В., Хван А.В. Фазовый состав и структура силуминов. Справочное издание. М.: МИСИС, 2007. 283 с.
  30. Цветкова Е.М., Филонов М.Р., Аникин Ю.А., Язвицкий М.Ю., Шумаков А.Н. Исследование рельефа контактной и свободной поверхностей аморфных и нанокристаллических лент, полученных закалкой из расплава на вращающемся барабане-холодильнике // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 2011. № 9. С. 28–32.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».